改性天然高分子聚合物白水絮凝劑的製備方法
2023-05-08 20:21:56 1
專利名稱：改性天然高分子聚合物白水絮凝劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型改性天然高分子聚合物「白水絮凝劑」，具體為陽離子型的澱粉接枝丙烯醯胺絮凝劑的生產工藝技術領域。
背景技術：
隨著人們對環境保護意識的加強，以及我國可持續發展戰略的實行，保護環境已經引起了高度的重視。現今，我國的水資源汙染己經非常嚴重，水體汙染和水資源危機是國計民生的重要問題，未來供水緊張和汙水淨化將成為我國乃至世界各國所要面臨的主要難
題之一。城市生活汙水和工業廢水排放之前，需要經過適當的處理，以除去水中的懸浮物、有機物等汙染物。目前國內外普遍採用的廢水處理方法是絮凝沉降法，既經濟又簡便，且在汙水處理中有著重要的地位，尤其是在預處理中。絮凝技術具有工藝簡單、操作方便、投資成本低和處理時間短等優點。絮凝沉澱就是向廢水中投加絮凝劑，破壞水中膠體粒子及微粒懸浮物的穩定性，那些能在水中長期保持分散懸浮而不能自然下沉或者用自然沉澱法難以從水中分離除去的粒子，在加入絮凝劑後，能使其互相接觸而聚集在一起，形成絮狀物並快速沉降。絮凝劑能 有效地脫除80-90%的懸浮物和65-95%的膠體物質，同時對降低水中COD有著重要作用。絮凝劑對去除水中的細菌、病毒有著顯著效果，有利於保證水處理中的下一步消毒、殺菌。所以絮凝技術是一種處理效率高、經濟又簡便的水處理技術，而絮凝沉澱效果的好壞很大程度上取決於絮凝劑的性能。澱粉是一種六元環狀的天然高分子。它含有許多羥基，表現出較活潑的化學性質，通過羥基的酯化、醚化、氧化、交聯、接枝共聚等化學改性，其活性基團大大增加，聚合後呈枝化結構，分散了絮凝基團，對懸浮體系中顆粒物有更強的捕捉與促沉作用。改性澱粉在處理汙水時，不僅可以利用澱粉的半剛性鏈和柔勝支鏈將汙水中懸浮的顆粒通過架橋作用絮凝沉降下來，而且因其改性可以帶有陰離子基團或者陽離子基團，通過化學和物理作用降低汙水中的C0D、B0D負荷。例如，改性澱粉的陽離子基團可以捕捉水中的有機懸浮物，陰離子基團則可以促進無機懸浮物的絮凝沉降。在處理許多其他絮凝劑難以處理的水質，尤其是在汙泥脫水，消化汙泥處理等方面有很好的效果，有較好的發展前景。在眾多澱粉改性的方法中，澱粉接枝共聚改性的研究尤為引人注目。上個世紀70年代，日本的松田和雄報導了強鹼或鹼性分子篩的催化體系，Ranby則提出了利用Mn2+作為催化劑，常文越等人以Ce4+作為引發劑，進行了丙烯醯胺-澱粉接枝共聚反應，使得澱粉接枝率高達94.9%，支鏈的分子量超過300萬，且對多種工業汙水絮凝效果不亞於聚丙烯醯胺(分子量300萬)的產品，朱瑞宜等用硝酸飾胺作為引發劑，研製出玉米澱粉接枝丙烯醯胺、丙烯酸單體的共聚物，青島大學巫拱生等人則把硫脲-雙氧水為引發劑，製取玉米澱粉與丙烯醯胺的接枝共聚物，作為造紙工業廢水處理的絮凝劑，陳卓等人利用Fe2+Al2O2的氧化還原引發體系，進行了澱粉與二甲基二烯丙基氯化胺(DMDAAC)接枝聚合，製得含有陽離子季胺基團的澱粉-DMDAAC接枝共聚物，而鬍子恆等採用自由基溶液聚合法，以KMn04/H+為引發體系，進行了澱粉和丙烯醯胺與二甲基二烯丙基氯化鋁的接枝共聚。目前國內外對澱粉接枝丙烯醯胺、丙烯腈、丙烯酸酯等單體進行了較多的研究，並取得了較好的應用效果，其中，澱粉接枝丙烯醯胺類聚合物廣泛應用於造紙，特別適用於硫酸鹽麥草漿，濾水性極好，適用於各種造紙過程，助留、助濾，也用於汙泥脫水及纖維回收。也適用於紡織、印染、油田、煉油、城市生活廢水的水處理劑。
發明內容
本發明目的在於提出一種改性天然高分子聚合物白水絮凝劑的製備方法。本發明包括以下步驟:
1)將澱粉分散於蒸餾水中，攪拌條件下加熱90±2°C，保溫至糊化；
2)向以上糊化體系加入固體丙烯醯胺、引發劑和尿素，經5 15min後體系引發聚合完成後，保持體系溫度35 60°C反應2 5小時；
3)向步驟2)製成的反應體系加入鹼性水溶液，並在攪拌條件下加入由甲醛和二甲胺組成的混合加成溶液，然後將體系混合物溫度升至65 70°C，在攪拌條件下保溫反應2h ；
4)步驟3)反應完成後，將反應物調節至中性，即得到白色或淺黃色粘稠聚合物。在所述步驟2)中，澱粉與丙烯醯胺的投料質量比1: 2.6 3.3。所述步驟2)中，引發劑為過硫酸銨。所述步驟3)中，甲醛與二甲胺的混合質量比為1: 1.6。所述步驟4)中，採用硫酸二甲酯`或者硫酸調節反應物至中性。本發明製備出的陽離子型高分子絮凝劑具有如下優勢:與市場上同類型的液體產品相比，具有接枝率高、轉化率高、用量少、效果好的特點；與純陽離子聚丙烯醯胺相比較，本項目造價低廉，使用方便且環保。本項目發明分子量500萬以上，CODcr去除率可達98%以上。
具體實施例方式一、製備改性天然高分子聚合物白水絮凝劑:
取10 20g澱粉分散於400 800g蒸懼水中，攪拌分散10分鐘後,在加熱冷卻設備中不斷攪拌下加熱升溫至90°C，保溫糊化後，加入30 60g丙烯醯胺，加入0.5 2g過硫酸銨(以水配成質量百分比為5%的過硫酸銨水溶液加入)，同時再加入5 20g尿素，5-15min後體系引發聚合，引發完成後，保持體系溫度35 60 C反應2 5小時。完成後向反應體系加入200 400g的pH為10 11鹼性水溶液，並在攪拌條件下加入由甲醛和二甲胺以混合質量比為1: 1.6組成的混合加成溶液100 200g，然後將體系混合物溫度升至65 70°C，在攪拌條件下保溫反應2h。待反應完成後，將反應物用硫酸二甲酯或者硫酸調節pH至中性，此時可得到白色或淺黃色粘稠聚合物。二、一點法檢測計算改性天然高分子聚合物白水絮凝劑的分子量:
確定固含量:取潔淨的稱量瓶、玻璃棒和滌綸膜，共重M1為55.8723g，在滌綸膜上用玻璃棒取試樣均勻塗抹後快速稱得總重M2為56.9500g，將它們放入真空烘箱內，在100±2°C，真空度5300Pa條件下乾燥4h後，稱取重量為55.9748g，則算得聚合物固含量(%)約為 9.511%。取膠體試樣0.7724g溶解後配成溶液，利用烏氏粘度計測得lmol/L的NaCl流經時間為^=83.2s，測得試樣流經時間為6=101.5s，相對粘度nT2200。計算得特性粘度[/ ]=1357.0629，則分子量#~ 660萬。三、檢查脫水效果:
取製得的白色或淺黃色粘稠聚合物30mg，溶解後置於IOOOml麥草漿廢液中(城市廢水也可)，快速攪拌20秒，查看沉降速度和絮體大小，上層水是否清澈透明。指標要求:沉降速度3-5cm/min取處理過的水面I公分往下3公分向上的上層清夜在722光度計660nm處查看透光率98%以上。取樣60mg溶解後置於IOOOml含有20%城市汙泥的廢水中，方法同上。指標要求:攪拌停止瞬間沉降，絮體抱 團 緊密，水清澈透明。
權利要求
1.改性天然高分子聚合物白水絮凝劑的製備方法，包括以下步驟: 1)將澱粉分散於蒸餾水中，攪拌條件下加熱90±2°C，保溫至糊化； 2)向以上糊化體系加入固體丙烯醯胺、引發劑和尿素，經5 15min後體系引發聚合完成後，保持體系溫度35 60°C反應2 5小時； 3)向步驟2)製成的反應體系加入鹼性水溶液，並在攪拌條件下加入由甲醛和二甲胺組成的混合加成溶液，然後將體系混合物溫度升至65 70°C，在攪拌條件下保溫反應2h ； 4)步驟3)反應完成後，將反應物調節至中性，即得到白色或淺黃色粘稠聚合物。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述步驟2)中，澱粉與丙烯醯胺的投料質量比1: 2.6 3.3。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述步驟2)中，引發劑為過硫酸銨。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述步驟3)中，甲醛與二甲胺的混合質量比為1: 1.6。
5.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述步驟4)中，採用硫酸二甲酯或者硫酸調節反應物至中性 。
全文摘要
改性天然高分子聚合物白水絮凝劑的製備方法，涉及陽離子型的澱粉接枝丙烯醯胺絮凝劑的生產工藝技術領域。先將澱粉分散於蒸餾水中，攪拌至糊化，再向以上糊化體系加入固體丙烯醯胺、引發劑和尿素，經體系引發聚合完成後，保持反應2～5小時，再加入鹼性水溶液，並在攪拌條件下加入由甲醛和二甲胺組成的混合加成溶液，經保溫反應2h後，將反應物調節至中性，即得到白色或淺黃色粘稠聚合物。本發明具有接枝率高、轉化率高、用量少、效果好的特點；與純陽離子聚丙烯醯胺相比較，本項目造價低廉，使用方便且環保。本項目發明分子量500萬以上，CODcr去除率可達98%以上。
文檔編號C08F4/30GK103204975SQ20131015091
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月27日 優先權日2013年4月27日
發明者刁國旺, 査斌彬, 秦貞貞, 冀曉媛, 張旺 申請人:揚州大學